一种静电纺丝的接收装置及静电纺丝制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种静电纺丝的接收装置，静电纺丝的接收装置包括电机、箱体、安装于箱体的支架、转轴和具有冲孔的滚筒，电机通过皮带连接转轴的一端，转轴的另一端与滚筒的一端连接，滚筒的另一端连接固定装置，转轴外套设有防护装置，防护装置安装于支架上；滚筒呈圆柱状，滚筒表面均匀分布多个冲孔，冲孔为圆孔形状，孔径大小为1～3mm，相邻两个冲孔之间的距离为1～3mm，滚筒的直径为1～20cm；其制备方法包括如下步骤：1.配制溶液，2.纺丝准备，3.纺丝过程。本发明采用的一种静电纺丝的制备方法，使得制备的纤维支架具有纤维取向和大孔结构，静电纺丝时，在滚筒圆孔处纤维的取向度高，在圆孔周围取向度底。
【专利说明】—种静电纺丝的接收装置及静电纺丝制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及静电纺丝制备的【技术领域】，具体涉及一种静电纺丝的接收装置。
【背景技术】
[0002]静电纺丝技术是一种能够连续制备纳米纤维的技术。在生物医用方面，因其制备的纤维膜孔隙率高、比表面积大，使它作为组织工程支架有非常独特的优势。组织工程支架的首要目标是在一个三维空间实现细胞外基质(Extra-cellular matrix, ECM)的功能，引导周围组织和细胞的迁移及生长，或为种植于支架多孔结构中细胞的生长提供适宜的环境，保障细胞的黏附、增殖、分化及迁移，而天然的ECM主要由几十到几百纳米的蛋白纤维交织在一起形成的三维网络结构，因此，用静电纺丝制备的纳米纤维膜可有效的对ECM进行仿生。
[0003]然而，利用简单的平板收集到的纤维膜，是纤维散落到接收装置随机形成的，不能形成有序的排列，并且孔隙较小，这种杂乱无章的无纺结构限制了其在该领域的应用。例如，血管组织的纤维结构都呈现一定的取向性，并且各部位排列结构有所不同，如果人工血管的纤维排列能够模拟对应部位的人体血管的纤维，它与人体就有可能更好地结合。普通的平板收集不具有纤维取向和大孔结构。
【发明内容】
[0004]本发明的目的提供一种静电纺丝的制备方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
[0005]根据本发明的一个方面，一种静电纺丝的接收装置，静电纺丝的接收装置包括电机、箱体、安装于箱体的支架、转轴和具有冲孔的滚筒，电机通过皮带连接转轴的一端，转轴的另一端与滚筒的一端连接，滚筒的另一端连接固定装置，转轴外套设有防护装置，防护装置安装于支架上；
[0006]滚筒呈圆柱状，滚筒表面均匀分布多个冲孔，冲孔为圆孔形状。
[0007]本发明采用的一种静电纺丝的接收装置，在滚筒上所形成的纺丝纤维具有纤维取向和大孔结构。
[0008]在一些实施方式中，滚筒两端部设有第一端部和第二端部，第一端部和第二端部分别设有第一防滑套和第二防滑套，滚筒第一端部通过紧固螺丝与转轴连接，滚筒第二端部连接固定装置。在滚筒两端加上防滑套，可以使滚筒更好的固定，不会造成误差。
[0009]在一些实施方式中，电机还连接有控制器，控制器控制电机的运转速度和运转时间。
[0010]在一些实施方式中，控制器还连接触摸屏。触摸屏可以调整参数，控制电机的运转速度和运转时间，还可以控制针头的移动速度和电压参数。
[0011]在一些实施方式中，冲孔的孔径大小为I?3mm，相邻两个冲孔之间的距离为I?3_。在这个参数范围的冲孔，制得的纺丝纤维支架才具有大孔结构。[0012]在一些实施方式中,滚筒的直径为I?20cm。
[0013]一种静电纺丝的制备方法，其特征在于:包括如下步骤:
[0014]1.配制溶液:将聚己内酯加入到六氟异丙醇中，配成质量浓度为70g/L的纺丝溶液；
[0015]2.纺丝准备:将配制好的纺丝溶液装入注射器中，注射器容积为5?15ml，针头内径为0.5?Imm ;在触摸屏(111)上调整参数，纺丝速度为0.5?1.5ml/h、注射器针头电压为10?15kV、针头移动速度为0.5?2cm/min、针头移动距离为5?10cm、针头距接收装置的距离为5?20cm、纺丝时间为I?4h、纺丝温度为15?25°C和相对湿度为40?60% ；
[0016]3.纺丝过程:在静电纺丝的接收装置上进行纺丝，在滚筒(4)的表面制得纤维支架。
[0017]本发明采用的一种静电纺丝的制备方法，使得制备的纤维支架具有纤维取向和大孔结构，静电纺丝时，在滚筒圆孔处纤维的取向度高，在圆孔周围取向度底。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明的一种实施方式的一种静电纺丝的接收装置的结构示意图；
[0019]图2为本发明的一种实施方式的一种静电纺丝的接收装置的滚筒的结构示意图；
[0020]图3为本发明的一种实施方式的静电纺丝Ih的支架形貌电镜扫描图；
[0021]图4为本发明的一种实施方式的静电纺丝2h的支架形貌电镜扫描图；
[0022]图5为本发明的一种实施方式的静电纺丝4h的支架形貌电镜扫描图；
[0023]图6为本发明的一种实施方式的聚己内酯纤维的直径分布图；
[0024]图7为本发明的一种实施方式的静电纺丝Ih的支架形貌电镜扫描图；
[0025]图8为图6的A、B两区域孔隙大小比较图；
[0026]图9为本发明的一种实施方式的静电纺丝Ih的低密度区纤维的取向度；
[0027]图10为本发明的一种实施方式的静电纺丝Ih的高密度区纤维的取向度。
【具体实施方式】
[0028]下面结合说明书附图，对本发明进行进一步详细的说明。
[0029]实施例1:
[0030]如图1?2所示，一种静电纺丝的制备方法，其接收装置包括电机1、箱体2、支架
3、具有冲孔41的滚筒4和转轴5，电机I通过螺栓或焊接固定在箱体2的一侧，电机I还电连接有控制器101，控制器101控制电机I的运转速度和运转时间，控制器101电连接触摸屏111，触摸屏111上可以人工设置控制参数，控制电机I的运转速度和运转时间，还可以控制针头的移动速度、电压参数。
[0031]支架3 —共有4组，每组支架3通过螺丝固定或焊接固定于箱体2上。
[0032]滚筒4呈圆柱状，滚筒4的直径为I?20cm，优选的，本实施例采用直径为IOcm ；滚筒4表面均匀分布冲孔41，冲孔41为圆孔形状，孔径大小为I?3mm，优选的，本实施例采用的孔径大小为2mm ;冲孔41与冲孔41之间的距离为I?3mm，优选的，本实施例冲孔41与冲孔41的距离为2mm ;滚筒4两端分别设有第一端部401和第二端部402，第一端部401和第二端部402上套装有第一防滑套411和第二防滑套412，在滚筒4端部安装防滑套可以有效增加滚筒4端部与转轴5之间的摩擦，起到防滑的作用。
[0033]转轴5的一端穿设于箱体2 —侧,并与电机I通过皮带7连接，电机I带动转轴5转动，转轴5的另一端与滚筒4连接，滚筒4的第一端部401上的第一防滑套411套接在转轴5中，第一端部401通过紧固螺丝6与转轴5固定住，滚筒4的第二端部402套接在固定装置9的旋转轴91里，固定装置9起到固定滚筒4的作用，以便于滚筒4更好的运转；当转轴5运动时，滚筒4也随即转动。
[0034]转轴5外包裹有防护装置8，防护装置8为一体成型结构，两端开设有孔洞，转轴5穿设过防护装置8的两端，防护装置上设有与支架3 —一对应的安装孔，防护装置通过螺丝或焊接于支架3上。
[0035]实验准备,制备纤维支架,聚己内酯(PCL,分子量SOOOOg/mor1,购自济南{§里生物材料有限公司)，六氟异丙醇(HFIP，购自阿拉丁试剂有限公司)。
[0036]将聚己内酯切片加入到六氟异丙醇中，磁力搅拌器搅拌使其混合均匀，配成质量浓度为70g/L的纺丝溶液，然后装入IOml的注射器中，针头内径为0.7mm，纺丝速度为Iml/h，针头上加12kV的高压电源，针头可左右缓慢移动(针头移动速度为lcm/min)，左右移动的距离为5cm,接收距离为IOcm,接收装置为带有冲孔41的滚筒4,纺丝时间分别为lh、2h和4h，纺丝时温度为22°C，相对湿度56%。
[0037]支架的测试与表征，数码相机拍摄接收装置及支架的总体外观，扫描电镜(SEM，S-4800型)观察支架微观形貌。根据SEM图，用Digimizer软件(北京天演融智软件有限公司)对支架进行纤维直径和孔隙测量，统计并记录不同位置的100根纤维直径和100个孔隙大小(两根相邻纤 维之间的距离)，用Iabview软件【美国国家仪器(NI)公司，8.2版】测试纤维的取向度。
[0038]万能材料实验机(Instron5565)测试支架纵横两方向的强伸性能。测试温度25°C,相对湿度50±2%,样品40_X5mm,样品夹持距离IOmm,拉伸速度10mm/min。
[0039]如图3~6所示，本实验所制备的聚己内酯纤维直径主要分布在0.4~0.8 μ m之间(图5)，是纳米级别的纤维。图2、图3、图4是静电纺丝接收时长为lh、2h和4h的纤维支架形貌，随着纺丝时间的增加，纤维收集的会越来越厚，在圆孔处的结构越来越和周围趋向于一致，纺丝Ih时，纤维支架较薄，圆孔处和周围结构差异较大，而当纺丝接收4h时，支架的这种差异基本就消失了，即随着厚度的增加纤维的不同密度的排列消失，同时，纤维的取向程度明显增加(类似于平滑无孔滚筒接收)。这说明采用冲孔滚筒作为接收装置，只有在厚度较薄时接收装置的冲孔才会对纤维排列起作用，才会有不同的纤维密度排列。这是静电场和滚筒4高速转动两作用共同影响的结果，静电纺丝过程中，带电纤维的运动轨迹主要是由空间中静电场的电场力所决定的，带电纤维和接收装置之间电荷的相互作用使纳米纤维选择性的聚集并形成和接收装置表面相同的图形结构，同时，接收装置表面的高速定向运动又使纤维受到定向的拉伸作用，当纤维支架较薄时，接收装置上的电荷起到了主要作用，使纤维趋向于接收装置图形的排列，然而，随着厚度的增加，电荷会由接收装置表面转移到纤维表面上来，使得表面电荷分布越来越趋于均匀，此时纤维的排列受到接收装置表面定向移动的作用而趋于取向排列。
[0040]如图6~7所示，其中，图中A区为接收装置上冲孔处形成的区域，B区为冲孔周边形成的区域，两区域的纤维排列形态差异较大，主要体现在纤维的排列密度上，A区排列的密度小而B区排列的密度大。为了表征两区域纤维排列密度的不同，对两区域纤维的孔隙进行了统计和比较。如图7所示，B区的孔隙主要分布在5~10 μ m，并且分布较为集中，A区的孔隙大小主要分布在10~25 μ m,并且分布相对较宽。两者相比，纤维支架在接收装置冲孔处孔隙远大于周围区域。
[0041]图8~9所示，为高速旋转的滚筒可以接收取向排列的纤维，一般情况下，当纤维成丝速度与滚筒表面的线速度一致时，就会收集到取向度较高的纤维。实施例根据纺丝时送液速度和纤维直径初算出纤维的成丝速度约为10_V/S。然而，通过SEM图片可知，收集Ih的纤维并没有形成完全取向的排列，并且在接收装置冲孔处与周围的纤维排列差异较大，滚筒接收装置不仅仅改变了静电纺纤维的排列密度，同时也使得纤维的取向程度发生改变。其中在冲孔处纤维的排列取向度较高(图9)，而在周边的纤维取向度却很低(图10)。
[0042]纤维到达接收装置时的速度可根据质量守恒粗略算出为:
【权利要求】
1.一种静电纺丝的接收装置，其特征在于:所述静电纺丝的接收装置包括电机(1)、箱体(2)、安装于所述箱体(2)的支架(3)、转轴(5)和具有冲孔(41)的滚筒(4)，所述电机(1)通过皮带(7)连接所述转轴(5)的一端，所述转轴(5)的另一端与所述滚筒(4)的一端连接，所述滚筒(4)的另一端连接固定装置(9)，所述转轴(5)外套设有防护装置(8)，所述防护装置(8)安装于所述支架(3)上； 所述滚筒(4)呈圆柱状，滚筒(4)表面均匀分布多个冲孔(41)，所述冲孔(41)为圆孔形状。
2.根据权利要求1所述的一种静电纺丝的接收装置，其特征在于:所述滚筒(4)两端部设有第一端部(401)和第二端部(402)，所述第一端部(401)和第二端部(402)分别设有第一防滑套(411)和第二防滑套(412)，第一端部(401)通过紧固螺丝(6)与所述转轴(5)连接，第二端部(402)连接所述固定装置(9)。
3.根据权利要求1所述的一种静电纺丝的接收装置，其特征在于:所述电机(I)还连接有控制器(101)，所述控制器(101)控制所述电机(1)的运转速度和运转时间。
4.根据权利要求3所述的一种静电纺丝的接收装置，其特征在于:所述控制器(101)还连接触摸屏(111)。
5.根据权利要求1所述的一种静电纺丝的接收装置，其特征在于:所述冲孔(41)的孔径大小为1?3mm,相邻两个冲孔(41)之间的距离为1?3mm。
6.根据权利要求1所述的一种静电纺丝的接收装置，其特征在于:所述滚筒(4)的直径为1?20cm。
7.一种采用根据权利要求1?6任一项所述的静电纺丝的接收装置制备静电纺丝的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: .1.配制溶液:将聚己内酯加入到六氟异丙醇中，配成质量浓度为70g/L的纺丝溶液； .2.纺丝准备:将配制好的纺丝溶液装入注射器中，注射器容积为5?15ml，针头内径为0.5?1mm ;在触摸屏(111)上调整参数，纺丝速度为0.5?1.5ml/h、注射器针头电压为10?15kV、针头移动速度为0.5?2cm/min、针头移动距离为5?10cm、针头距接收装置的距离为5?20cm、纺丝时间为1?4h、纺丝温度为15?25°C和相对湿度为40?60% ； .3.纺丝过程:在静电纺丝的接收装置上进行纺丝，在滚筒(4)的表面制得纤维支架。
【文档编号】D01D5/00GK103952779SQ201410208311
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】周媛, 刘桂阳 申请人:南通纺织职业技术学院